Truss Spar平臺(tái)非線性隨機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性研究.pdf

1、Spar平臺(tái)自從問世以來憑借其優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能和較低的成本就成為深海石油開采的重要平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式之一，其動(dòng)力響應(yīng)特性和穩(wěn)定性問題是Spar平臺(tái)設(shè)計(jì)的主要考慮因素。本文針對Truss Spar平臺(tái)在隨機(jī)波浪作用下的垂蕩-縱搖耦合運(yùn)動(dòng)特性以及垂蕩板的水動(dòng)力性能進(jìn)行了研究，主要的工作和結(jié)論如下：
　　（1）綜述了有關(guān)Spar平臺(tái)各個(gè)方面的研究成果和進(jìn)展，指出了本文的研究內(nèi)容和目標(biāo)，為后面的研究指明了方向。
　　（2）根據(jù)繞射理論，推導(dǎo)

2、了作用在平臺(tái)主體的波浪載荷，得到了平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)上隨機(jī)波浪力與海浪譜之間的傳遞函數(shù)，以及垂蕩板上的波浪力與海浪譜之間的傳遞函數(shù)。根據(jù)Longuet-Higgins隨機(jī)波浪模型，通過線性波浪疊加的方法數(shù)值模擬了作用在Truss Spar平臺(tái)上的隨機(jī)波浪載荷。
　?。?）考慮瞬時(shí)排水體積、初穩(wěn)性高和波面升高的影響，建立了垂蕩與縱搖耦合數(shù)值計(jì)算模型，研究了垂蕩與縱搖耦合作用時(shí)的Truss Spar平臺(tái)的隨機(jī)動(dòng)力響應(yīng)。研究結(jié)果表明：當(dāng)波浪特

3、征頻率接近Truss Spar平臺(tái)垂蕩固有頻率或者垂蕩與縱搖固有頻率之和時(shí)，并且在一定的波高條件下，隨機(jī)參強(qiáng)聯(lián)合激勵(lì)會(huì)造成平臺(tái)產(chǎn)生大幅縱搖運(yùn)動(dòng)，發(fā)生垂蕩與縱搖參強(qiáng)耦合運(yùn)動(dòng)。由于非線性參數(shù)激勵(lì)項(xiàng)的存在，縱搖運(yùn)動(dòng)不再是強(qiáng)迫振動(dòng)，而為1/2亞諧運(yùn)動(dòng)。當(dāng)僅增加垂蕩運(yùn)動(dòng)阻尼或縱搖運(yùn)動(dòng)阻尼時(shí)，縱搖自由度的運(yùn)動(dòng)都會(huì)降低。僅改變縱搖阻尼時(shí)，垂蕩運(yùn)動(dòng)的幅值隨著縱搖阻尼的增加逐漸增大，即增大縱搖阻尼會(huì)阻止垂蕩運(yùn)動(dòng)模態(tài)的能量向縱搖轉(zhuǎn)移，削弱了垂蕩與縱搖之間的

4、耦合作用。聯(lián)合增加垂蕩阻尼和縱搖阻尼是抑制縱搖不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生的最有效手段，因此在設(shè)計(jì)Truss Spar平臺(tái)時(shí)，要合理的選取垂蕩板的數(shù)量和結(jié)構(gòu)形式，合理布置螺旋側(cè)板的螺距以及間距等。
　　（4）運(yùn)用隨機(jī)動(dòng)力學(xué)理論對Truss Spar平臺(tái)的縱搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。采用隨機(jī)平均法，得到了完全平均的伊藤隨機(jī)微分方程，求解與之相對應(yīng)的FPK方程，得出縱搖角的邊緣概率密度函數(shù)和穩(wěn)態(tài)聯(lián)合概率密度函數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明：隨著有效波高的增大，較大的縱搖

5、幅值出現(xiàn)的概率也逐漸增大；隨著阻尼系數(shù)的增加，出現(xiàn)較大的縱搖幅值的概率逐漸降低。
　　（5）研究了Truss Spar平臺(tái)與系泊纜繩組成的整體在隨機(jī)波浪作用下的動(dòng)力響應(yīng)問題。計(jì)算結(jié)果表明：考慮系泊系統(tǒng)后，有效地降低了平臺(tái)的垂蕩運(yùn)動(dòng)幅值，即使有效波高較大時(shí)，縱搖運(yùn)動(dòng)的幅值也大大降低，有效抑制了平臺(tái)發(fā)生大幅縱搖運(yùn)動(dòng)。隨著有效波高的增加，縱搖頻譜圖中的1倍波浪特征頻率的成分逐漸減小，逐步變?yōu)?/2倍的波浪特征頻率，即縱搖運(yùn)動(dòng)的固有頻率。